Die Luftdichte ist nicht gleich. Wo es kleiner ist, ist die Luft verdünnt. Lassen Sie uns herausfinden, was verdünnte Luft bedeutet und durch welche Eigenschaften sie gekennzeichnet ist.
Gasförmige Hülle der Erde
Luft ist ein immaterieller, aber äußerst wichtiger Bestandteil unseres Planeten. Es ist am Prozess des Energieaustauschs beteiligt und unterstützt alle lebenswichtigen Funktionen von Organismen. Es fördert die Schallübertragung, beugt einer Unterkühlung der Erde vor und schützt sie vor übermäßigem Einfluss der Sonneneinstrahlung.
Luft ist die äußere Hülle des Planeten, die sogenannte Atmosphäre. Es besteht aus vielen Gasen: Neon, Argon, Wasserstoff, Methan, Helium, Krypton usw. Der Hauptanteil ist Sauerstoff und Stickstoff, die 98 bis 99 % der Luft ausmachen.
Das Verhältnis der Gase und ihre Menge können variieren. Aufgrund der Abgase von Autos und der Emissionen von Fabriken ist die städtische Luft also stärker mit Kohlendioxid gesättigt. In Wäldern, in Gebieten ohne Industrie, steigt die Sauerstoffmenge. Doch im Weidebereich wächst der Anteil an Methan, den Kühe bei der Verdauung ausstoßen.
Luftdichte
Die Dichte der Gashülle wird von vielen Faktoren beeinflusst; sie ist in verschiedenen Teilen des Planeten und in verschiedenen Höhen unterschiedlich. Luft mit geringer Dichte ist verdünnte Luft (vom Wort „selten“). Je seltener es ist, desto weiter sind seine Moleküle voneinander entfernt.
Die Dichte gibt an, wie viel Luft sich in einem Kubikmeter Volumen befindet. Als Richtwert für diesen Wert wird der Wert von 1,293 Kilogramm pro Kubikmeter bei Normalbedingungen und trockener Luft gewählt.
In der Physik ist es üblich, zwischen spezifischer Dichte und Massendichte zu unterscheiden. Spezifisch definiert, in einem Kubikmeter. Es hängt von der geografischen Breite und der Trägheit der Rotation des Planeten ab. Die Masse wird anhand des Luftdrucks, der absoluten Temperatur und der spezifischen Gaskonstante bestimmt.
Die Hauptvorkommensmuster und Prinzipien verdünnter Luft werden durch das Gesetz von Gay-Lussac und Boyle-Mariotte beschrieben. Ihrer Meinung nach gilt: Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto seltener ist die Luft. Gleichzeitig ist auch seine Luftfeuchtigkeit wichtig: Mit zunehmender Feuchtigkeit nimmt die Dichte ab.
Dünne Luft und Höhe
Die Schwerkraft der Erde zieht wie ein Magnet alle ihr zur Verfügung stehenden Körper an. Deshalb gehen wir und schweben nicht chaotisch im Raum. Daher sammeln sich am Boden mehr Materiemoleküle an, wodurch auch deren Dichte und Druck an der Erdoberfläche höher sind. Je weiter davon entfernt, desto niedriger sind diese Werte.
Ist Ihnen aufgefallen, dass das Atmen beim Aufstieg in große Höhen, zum Beispiel im Gebirge, schwieriger wird? Alles wegen der verdünnten Luft. Mit zunehmender Höhe nimmt der Gesamtsauerstoffgehalt in einem Liter Luft ab. Es sättigt das Blut nicht richtig und wir haben Schwierigkeiten beim Atmen.
Die Höhe des Mount Everest beträgt 8488 Meter. Auf seinem Gipfel beträgt die Luftdichte ein Drittel der Standarddichte auf Meereshöhe. Bereits in einer Höhe von 1500 bis 2500 Metern kann der Mensch Veränderungen bemerken. Darüber hinaus ist die Änderung der Dichte und des Drucks stärker zu spüren und stellt bereits ein potenzielles Gesundheitsrisiko dar.
Die am stärksten verdünnte Luft ist charakteristisch für die Exosphäre – die äußere Schicht der Atmosphäre. Es beginnt in einer Höhe von 500 bis 1000 Kilometern und gelangt sanft in den Weltraum, wo sich der Weltraum einem Vakuumzustand annähert. Der Druck und die Dichte von Gas im Weltraum sind sehr gering.
Hubschrauber und verdünnte Luft
Viel hängt von der Dichte der Luft ab. Es definiert beispielsweise eine „Höchstgrenze“ für das Anheben über die Erdoberfläche. Für einen Menschen sind es zehntausend Meter. Doch um so hoch aufzusteigen, bedarf es einer langen Vorbereitung.
Auch Flugzeuge haben ihre Grenzen. Bei Hubschraubern sind es etwa 6.000 Meter. Viel weniger als Flugzeuge. Alles wird durch die Konstruktionsmerkmale und Funktionsprinzipien dieses „Vogels“ erklärt.
Mit Hilfe von Propellern erhält der Helikopter Auftrieb. Sie drehen sich und teilen die Luft in zwei Ströme: über ihnen und unter ihnen. Im oberen Teil bewegt sich die Luft in Richtung der Schrauben, im unteren Teil dagegen. Dadurch wird die Dichte unter dem Flügel des Geräts größer als darüber. Der Helikopter scheint in der Luft unter ihm zu ruhen und hebt ab.
Mit verdünnter Luft lässt sich nicht der gewünschte Druck erzeugen. Unter solchen Bedingungen müssen die Motorleistung und die Drehzahl der Propeller stark erhöht werden, was die Materialien selbst nicht aushalten. Helikopter fliegen in der Regel in dichterer Luft in Höhen von 3.000 bis 4.000 Metern. Nur einmal hob der Pilot Jean Boulet sein Auto auf 12,5 Tausend Meter, doch der Motor fing Feuer.
Die Luftdichte nimmt mit der Entfernung von der Erdoberfläche ab. Dies liegt daran, dass der Druck in der oberen Atmosphäre niedriger ist als am Boden.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Luftdruck und seiner Dichte?
Die Dichte eines Gases ist direkt proportional zu seinem Druck. Die Abhängigkeit der Luftdichte vom Druck beschreibt die Clapeyron-Gleichung: für ein ideales Gas
,Wo ? - Luftdichte, P- absoluter Druck, R- spezifische Gaskonstante für trockene Luft (287,058 J? (kg K)), T ist die absolute Temperatur in Kelvin.
Luftdichte berechnen ? in einer bestimmten Höhe über dem Meeresspiegel H Es werden folgende Formeln verwendet:
, Wo
Hier
p0- Standardatmosphärendruck auf Meereshöhe (101325 Pa);
T0- Standardtemperatur auf Meereshöhe (288,15 K);
G- Beschleunigung des freien Falls über der Erdoberfläche (9,8 m?Sek. 2);
L- die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls mit der Höhe innerhalb der Troposphäre (0,0065 K?m);
R- universelle Gaskonstante (8,31447 J? (Mol K));
M- Molmasse trockener Luft (0,0289644 kg? Mol).
Das ist verständlich und intuitiv: Die unteren Luftschichten stehen unter mehr Druck als die oberen.
Was bedeutet niedriger Druck und niedrige Luftdichte? Das bedeutet, dass diese verdünnte Luft weniger Moleküle enthält, darunter auch Sauerstoffmoleküle. Deshalb ist das Atmen in großer Höhe schwierig.
Übrigens...
Bei 0 °C beträgt die Masse eines Kubikmeters (1 m 3) Luft:
- an der Erdoberfläche - 1.293 Kilogramm;
- in einer Höhe von 12 km - 319 Gramm;
- in einer Höhe von 40 km - 4 Gramm.
Berge ziehen Menschen mit ihrer Schönheit und Erhabenheit an. Uralt, wie die Ewigkeit selbst, schön, geheimnisvoll, betörend für Geist und Herz, sie lassen niemanden gleichgültig. Atemberaubende Ausblicke auf Berggipfel, die mit nie schmelzendem Schnee bedeckt sind, mit Wäldern bedeckte Hänge und Almwiesen ziehen jeden zurück, der jemals einen Urlaub in den Bergen verbracht hat.
Schon lange ist zu beobachten, dass Menschen in den Bergen länger leben als in der Ebene. Viele von ihnen bewahren bis ins hohe Alter gute Laune und geistige Klarheit. Sie werden seltener krank und erholen sich nach Krankheiten schneller. Frauen aus den Mittelgebirgen behalten die Fähigkeit, Kinder zu gebären, viel länger als Frauen aus den Ebenen.
Atemberaubende Ausblicke auf die Berge werden ergänzt durch reinste Luft, die so angenehm zum tiefen Einatmen ist. Bergluft rein und voller Aromen von Heilkräutern und Blumen. Es enthält keinen Staub, Industrieruß und Abgase. Sie atmen leicht und es scheint, dass Sie überhaupt nicht atmen können.
Berge locken den Menschen nicht nur mit ihrer Schönheit und Erhabenheit, sondern auch mit einer stetigen Verbesserung des Wohlbefindens, einer spürbaren Steigerung der Leistungsfähigkeit, einem Kraft- und Energieschub. Im Gebirge ist der Luftdruck geringer als im Flachland. In einer Höhe von 4 Kilometern beträgt der Druck 460 mmHg und in einer Höhe von 6 km - 350 mmHg. Mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab und die Sauerstoffmenge im eingeatmeten Volumen nimmt entsprechend ab, was sich paradoxerweise jedoch positiv auf die menschliche Gesundheit auswirkt.
Sauerstoff oxidiert unseren Körper, trägt zur Alterung und zur Entstehung einer Vielzahl von Krankheiten bei. Gleichzeitig ist das Leben ohne sie unmöglich. Wenn wir also das Leben deutlich verlängern wollen, müssen wir die Sauerstoffzufuhr zum Körper reduzieren, aber nicht zu wenig und nicht zu viel. Im ersten Fall gibt es keine therapeutische Wirkung und im zweiten Fall können Sie sich selbst schaden. Eine solche goldene Mitte ist die Bergluft des Mittelgebirges: 1200 – 1500 Meter über dem Meeresspiegel, wo der Sauerstoffgehalt etwa 10 % beträgt.
Derzeit ist bereits klar, dass es nur einen Faktor gibt, der das Leben eines Menschen in den Bergen verlängert – nämlich die Bergluft, deren Sauerstoffgehalt gesenkt wird, was sich äußerst wohltuend auf den Körper auswirkt.
Der Sauerstoffmangel führt zu einer Umstrukturierung der Arbeit verschiedener Körpersysteme (Herz-Kreislauf, Atmung, Nerven) und führt dazu, dass Reservekräfte aktiviert werden. Wie sich herausstellte, ist dies eine sehr wirksame, kostengünstige und vor allem erschwingliche Möglichkeit für jedermann, die Gesundheit wiederherzustellen und zu verbessern. Wenn die Sauerstoffmenge in der eingeatmeten Luft abnimmt, wird ein entsprechendes Signal über spezielle Rezeptoren an das Atemzentrum der Medulla oblongata weitergeleitet und gelangt von dort zu den Muskeln. Die Arbeit von Brust und Lunge wird intensiviert, der Mensch beginnt häufiger zu atmen bzw. die Belüftung der Lunge und die Sauerstoffversorgung des Blutes verbessern sich. Es kommt zu einer Erhöhung der Herzfrequenz, wodurch die Durchblutung gesteigert wird und Sauerstoff schneller ins Gewebe gelangt. Dies wird durch die Freisetzung neuer Erythrozyten ins Blut und damit des darin enthaltenen Hämoglobins erleichtert.
Dies erklärt die wohltuende Wirkung der Bergluft auf die Vitalität des Menschen. Wenn sie in die Bergkurorte kommen, bemerken viele, dass sich ihre Stimmung verbessert und ihre Vitalität aktiviert wird.
Steigt man jedoch höher in die Berge, wo die Bergluft noch weniger Sauerstoff enthält, reagiert der Körper auf den Sauerstoffmangel ganz anders. Hypoxie (Sauerstoffmangel) wird bereits gefährlich sein, und vor allem das Nervensystem wird leiden, und wenn nicht genug Sauerstoff zur Aufrechterhaltung des Gehirns vorhanden ist, kann eine Person das Bewusstsein verlieren.
In den Bergen ist die Sonneneinstrahlung viel stärker. Dies liegt an der hohen Transparenz der Luft, da ihre Dichte, der Staub- und Wasserdampfgehalt mit der Höhe abnimmt. Sonnenstrahlung tötet viele schädliche Mikroorganismen in der Luft ab und zersetzt organische Stoffe. Vor allem aber ionisiert die Sonnenstrahlung die Bergluft und trägt zur Bildung von Ionen bei, darunter negative Sauerstoff- und Ozonionen.
Für die normale Funktion unseres Körpers müssen in der Luft, die wir atmen, sowohl negativ als auch positiv geladene Ionen vorhanden sein, und zwar in einem genau definierten Verhältnis. Eine Verletzung dieses Gleichgewichts in irgendeiner Richtung wirkt sich äußerst negativ auf unser Wohlbefinden und unsere Gesundheit aus. Gleichzeitig sind negativ geladene Ionen nach modernen wissenschaftlichen Erkenntnissen für den Menschen ebenso notwendig wie Vitamine in der Nahrung.
In ländlicher Luft erreicht die Konzentration der Ionen beider Ladungen an einem sonnigen Tag 800-1000 pro 1 Kubikzentimeter. In einigen Bergorten steigt ihre Konzentration auf mehrere Tausend. Daher hat die Bergluft auf die meisten Lebewesen eine heilende Wirkung. Viele der Hundertjährigen Russlands leben in den Bergen. Ein weiterer Effekt verdünnter Luft ist eine Erhöhung der Widerstandskraft des Körpers gegen die schädlichen Auswirkungen der Strahlung. In großen Höhen nimmt der Anteil der ultravioletten Strahlung jedoch stark zu. Die Auswirkungen ultravioletter Strahlen auf den menschlichen Körper sind sehr hoch. Mögliche Hautverbrennungen. Sie schädigen die Netzhaut des Auges und verursachen starke Schmerzen und manchmal vorübergehende Blindheit. Zum Schutz der Augen ist die Verwendung einer Schutzbrille mit Lichtschutzbrille und zum Schutz des Gesichts das Tragen eines Hutes mit breiter Krempe erforderlich.
In letzter Zeit haben sich in der Medizin Methoden wie die Orotherapie (Behandlung mit Bergluft) oder die normobare Hypoxietherapie (Behandlung mit verdünnter Luft mit niedrigem Sauerstoffgehalt) durchgesetzt. Es ist allgemein anerkannt, dass Bergluft zur Vorbeugung und Behandlung folgender Krankheiten genutzt werden kann: Berufskrankheiten im Zusammenhang mit Läsionen der oberen Atemwege, verschiedene Formen von Allergien und Immunschwächezuständen, Asthma bronchiale, eine breite Gruppe von Erkrankungen des Nervensystems, Erkrankungen des Bewegungsapparates, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts, Hauterkrankungen. Als medikamentenfreie Behandlungsmethode schließt die Hypoxie-Therapie Nebenwirkungen aus.
Zunächst ist es erwähnenswert, dass wir über die Bedeutung des Wortes „spärlich“ und nicht „entladen“ sprechen werden. „Entladen“ bedeutet „entladen sein“.
Ein Revolver kann abgefeuert werden, aber die Luft kann verdünnt werden.
Was ist verdünnte Luft?
Das Wort „sparse“ kommt vom Adjektiv „selten“. Das heißt, mit reduzierter Dichte. Dies ist der Zustand der Luft, wenn die Anzahl der Moleküle pro Kubikzentimeter Raum geringer wird als in der Luft, die jeder zu atmen gewohnt ist.
In der Natur kommt es in der Höhe vor. Zum Beispiel in den Bergen oder in den Schichten der Atmosphäre, die mit dem Flugzeug erreichbar sind. Je höher man über den Meeresspiegel steigt, desto dünner wird die Luft. Dadurch entsteht ein Vakuum, also die völlige Abwesenheit von Luftmolekülen im Weltraum.
Die Abnahme der Dichte beim Steigen ist darauf zurückzuführen, dass die Schwerkraft der Erde umso weniger auf die Sauerstoffpartikel einwirkt, je weiter sie von der Erde entfernt ist. Es stellt sich heraus, dass die maximale Luftdichte in der Nähe der Oberfläche liegt, insbesondere dort, wo viele Pflanzen wachsen, und im offenen Raum gibt es überhaupt keine Luft, es herrscht ein völliges Vakuum. Und auch die Luft lässt sich künstlich verdünnen.
In Flugzeugen
Ein Passagierflugzeug erhebt sich etwa 10-12 km über die Erdoberfläche. Fliegende Fahrzeuge mit Raketen- und Turbostrahltriebwerken steigen bis zu 100 km weit, aber die Stadtbewohner können nicht auf sie steigen, sondern nur speziell dafür ausgebildete Personen fliegen auf ihnen. In einer solchen Höhe ist die lebenswichtige Aktivität des menschlichen Körpers unmöglich. Wenn in einem Flugzeug während des Fluges eine Tür geöffnet wird oder es zu einem Notdruckabfall in der Kabine kommt, sterben alle Passagiere im Flugzeug sofort.
Aber auch in einer hermetisch abgeschlossenen Kabine werden die Menschen unangenehme Empfindungen verspüren:
- Bluthochdruck;
- Bauernohren;
- geschwollene Beine.
Häufige Flugreisen sind keineswegs gut für die Gesundheit. Druckabfall, hoher Kohlenmonoxidgehalt, zu starke Beschleunigung – all das beeinträchtigt das Herz-Kreislauf-System. Schwangeren und Patienten mit Bluthochdruck wird diese Bewegung grundsätzlich nicht empfohlen.
In den Bergen
Der höchste Punkt der Erde ist der Gipfel des Mount Everest. Der höchste Punkt dieses Berges erreicht mehr als 8.000 Meter, und das ist sehr hoch.
Instinktiv hat eine Person Höhenangst und versucht, tiefer abzusteigen. Dies geschieht nicht nur, weil man aus großer Höhe stürzen kann, sondern auch, weil die Höhe schädliche und sogar tödliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann.
Es ist unmöglich, sich vollständig an die Eigenschaften verdünnter Luft zu gewöhnen, aber Sie können sich anpassen. Bergsteiger, die hoch in die Berge klettern, bereiten sich seit Jahren darauf vor. Und sie wissen auch, dass man schrittweise aufsteigen und eine bestimmte Höhe erreichen muss – man muss sich daran gewöhnen. Wenn eine unvorbereitete Person steil zum Everest oder sogar zu einem viel niedrigeren Berg aufsteigt, wird sie von der Bergkrankheit mit Sicherheit niedergeschlagen. Für einen gesunden, kräftigen Menschen liegt die kritische Höhe ab 2,5 km und für einen kranken oder älteren Menschen ab 1 km. Die Symptome dieser Krankheit sind wie folgt:
- Kopfschmerzen und Schwindel;
- Dyspnoe;
- sich erbrechen;
- ein starker Kraftverlust und dann ein plötzlicher Kraftanstieg;
- unzureichende Wahrnehmung der Realität.
Wenn jemand das Gefühl hat, plötzlich glücklich zu sein, ist das ein sehr schlechtes Zeichen. Es folgt Schläfrigkeit, und wenn Sie einschlafen, werden Sie nicht mehr aufwachen.
Das Schlimmste ist, dass die Höhenkrankheit lange Zeit nahezu asymptomatisch verlaufen kann und die Person dann plötzlich das Bewusstsein verliert. Wenn Sie nichts tun und sofort untergehen, wird die Person sterben. Am schädlichsten ist Hypoxie oder Sauerstoffmangel für das Zentralnervensystem.
Behandlung mit verdünnter Luft
Es gibt jedoch die Meinung, dass Bergluft sehr nützlich ist. Und diese Meinung ist wahr, außerdem gibt es sogar Orotherapie – Behandlung und Genesung mit verdünnter Luft.
Das Prinzip der Therapie besteht darin, eine Person in eine Kapsel mit verdünnter Luft in einer bestimmten Konzentration zu bringen.
Orotherapie ist in folgenden Fällen wirksam:
- allergische Reaktionen des Körpers;
- Erkrankungen des Zentralnervensystems;
- Prävention von Schwangerschaftspathologien;
- Anämie;
- die Notwendigkeit, die Regeneration anzuregen.
Die Technik wird in Russland seit 1987 eingesetzt. Eine solche Behandlung sollte ausschließlich im klinischen Umfeld und unter ärztlicher Aufsicht durchgeführt werden. Schließlich töten sowohl elektrischer Strom als auch radioaktive Strahlung in den falschen Dosen, aber in genau berechneten Dosen heilen sie. Mit dem Bergluftgenerator können Sie die Luft unter klinischen Bedingungen verdünnen.
Die Menge an Sauerstoff und Stickstoff nimmt mit der Höhe stark ab. Es geht um den Druckunterschied zwischen der oberen und unteren Schicht der Atmosphäre. Die oberen Schichten üben einen großen Druck auf die unteren aus, sodass sich in letzteren viel mehr Luft befindet und der Druck geringer ist. Kletterer, die in große Höhen klettern, haben einige Schwierigkeiten.
Es hängt alles von der Höhe ab, in der sich die Person befindet. Wenn 1 km nicht überschritten wird, ist der Unterschied kaum wahrnehmbar und es entsteht kein Schaden für den Körper. Auch eine Höhe von 1 bis 3 km kann einem gesunden Menschen nicht schaden (der Körper gleicht den Sauerstoffmangel problemlos aus). Kranke Menschen, insbesondere solche, die an Asthma leiden, sollten sich nicht auf eine so gefährliche Reise begeben.
In einer Höhe von 5 bis 6 km mobilisiert der Körper eines gesunden Menschen alle Systeme und lässt sie aufgrund des Sauerstoffmangels verstärkt arbeiten. Eine geübte Person kommt mit einer solchen Höhe zurecht, daher befinden sich hier oft verschiedene Forschungsstützpunkte und Observatorien. Gesunder Schlaf und richtige Ernährung helfen dem Körper von Wissenschaftlern, mit einer Stresssituation umzugehen.
Orte in einer Höhe von 7 km und mehr sind für das menschliche Leben ungeeignet. Hier ist so wenig Sauerstoff vorhanden, dass das Blut ihn nicht vollständig an alle Organe abgeben kann. Sie beginnen unter Sauerstoffmangel zu leiden. Eine Person fühlt sich müde, hat Kopfschmerzen und der Allgemeinzustand verschlechtert sich. In einer Höhe von 8 km und mehr kann eine Person nicht mehr als 3 Tage verbringen.
Leben in den Bergen
Bergbewohner sind viel gesünder und leben länger als Flachlandbewohner. Was erklärt das? Sauerstoff ist von Natur aus ein starkes Oxidationsmittel. Jedes Oxidationsmittel im Körper führt mehr oder weniger stark zu dessen Alterung. Aber ein Mensch kann nicht leben. Um die Gesundheit zu verbessern, benötigen Sie einen etwas geringeren Sauerstoffgehalt in der Luft als in der Ebene.
Die optimale Höhe für ein angenehmes Leben liegt etwa 1500 Meter über dem Meeresspiegel. Der Körper erfährt einen leichten Sauerstoffmangel, der alle Systeme in einen verstärkten Modus versetzt. Verbessert die Durchblutung und Belüftung der Lunge, erhöht den Hämoglobinspiegel im Blut.
Amerikanische Wissenschaftler haben festgestellt, dass Menschen, die in den Bergen leben, durch gutturale Laute in der Sprache gekennzeichnet sind. In großer Höhe ist es viel einfacher, solche Geräusche zu machen, da man dazu die Luft im Hals komprimieren muss. Dies ist gerade im Hochland am einfachsten, da die Luft hier dünner ist als in der Ebene.
